Ученые получили неожиданный результат при нагревании золота до экстремальных температур

Алексей Грушевский

Источник: Science Alert

Золото остается твердым даже во время кратковременного нагревания до температур, значительно превышающих ранее предполагаемые его пределы. Это может потребовать полного переосмысления того, как материя ведет себя в экстремальных условиях.

Главные тезисы

Золото остается твердым даже при кратковременном нагревании до температур, значительно превышающих его предполагаемые пределы.
Исследование показало, что твердое вещество, включая золото, может сохранять свою структуру при экстремальных температурах, вызывая сомнения в существующих моделях.
Ученые достигли температуры около 18 700 градусов Цельсия, при которой золото сохраняло твердую структуру более 2 пикосекунд, что пересматривает стандартные представления о стабильности твердой фазы материи.

Золото не расплавилось при "наднагреве": почему это важно

Международная команда ученых использовала мощные и сверхкороткие лазерные импульсы, чтобы нагреть тонкие фрагменты золота за пределы так называемой "катастрофы энтропии" — точки, при которой твердое вещество становится слишком горячим, чтобы сопротивляться плавлению.

Это своего рода "точка плавления" для особых случаев, когда обычная физика уже не работает.

В явлении, известном как сверхнагрев, твердое вещество может нагреваться настолько быстро, что атомы не успевают перейти в жидкое состояние. Кристаллы могут сохранять свою структуру даже далеко за пределами стандартной температуры плавления — пусть и на очень короткое время.

Обычно катастрофа энтропии наступает при температуре, втрое превышающей стандартную точку плавления. Однако, применив новый метод расчета энергии отраженных рентгеновских лучей для точного измерения поглощенного тепла, ученые обнаружили, что золото может быть нагрето до температуры, превышающей этот предел в 14 раз, прежде чем оно перейдет в жидкое состояние.

Однако результаты исследования не нарушают законы термодинамики — они лишь показывают, что иногда реакции происходят слишком быстро, чтобы законы термодинамики успели вступить в силу. Похоже, что атомам золота просто некуда двигаться в кратчайшие моменты, и тепловая энергия рассеивается, прежде чем структура разрушится.

Исследователям удалось достичь температуры примерно 18 700 градусов Цельсия, при этом золото сохраняло твердую структуру более 2 пикосекунд (одна пикосекунда — это триллионная доля секунды). Этого оказалось достаточно, чтобы ученые усомнились в существующих моделях.

Это измерение не только превзошло ранее предусмотренные пределы катастрофы энтропии, но и предполагает гораздо более высокий порог сверхнагрева твердых тел, тем самым переписывая фундаментальное понимание стабильности твердой фазы при экстремальных условиях.

Последствия этих открытий восхищают воображение: возможно, у некоторых твердых тел вообще нет фиксированной точки плавления, по крайней мере, в условиях сверхбыстрого нагрева.

Новые данные окажутся полезными во множестве отраслей — от столкновений астероидов в космосе до процессов в ядерных реакторах на Земле. Ученые теперь смогут лучше понимать, что происходит в столь кратковременных, но экстремальных событиях.